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重大突破——石墨烯制造集團(tuán)推出鋁離子電池技術(shù)

2021-11-04 00:00:32·  來源：汽車與新動(dòng)力  
　
石墨稀制造集團(tuán)（GMG）期望通過采用鋁離子技術(shù)來引領(lǐng)電動(dòng)汽車充電行業(yè)。迄今為止，車用鋰離子電池與其在1991年首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化時(shí)的技術(shù)水平相比，除了在能量密度
石墨稀制造集團(tuán)（GMG）期望通過采用鋁離子技術(shù)來引領(lǐng)電動(dòng)汽車充電行業(yè)。

重大突破——石墨烯制造集團(tuán)推出鋁離子電池技術(shù)
                
迄今為止，車用鋰離子電池與其在1991年首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化時(shí)的技術(shù)水平相比，除了在能量密度方面曾出現(xiàn)重要的進(jìn)步之外，其余方面并未得到根本性的改善。以里程焦慮這一普遍現(xiàn)象為例，其仍未得到充分緩解。然而，GMG希望在石墨烯鋁離子電池方面取得重大突破，以改變上述情況。

通過采用由昆士蘭大學(xué)（University of Queensland）開發(fā)出的先進(jìn)技術(shù)，研究人員制造出了新款石墨烯鋁離子電池，該款電池的充電時(shí)間比鋰離子電池快70倍，同時(shí)更清潔、更耐久、更環(huán)保，并有著更高的輸出功率（表1）。GMG旗下的部分研究人員認(rèn)為，該款鋁離子電池充分減小了鋰離子和超級(jí)電容之間的差距。
 
表1  鋁離子電池參數(shù)
重大突破——石墨烯制造集團(tuán)推出鋁離子電池技術(shù)1
 
GMG公司的技術(shù)通常會(huì)用鋁金屬（單價(jià)為2 078美元/噸）替代鋰金屬（單價(jià)為13 000美元/噸），從而可將電池的功率密度增加到7 kW/kg。當(dāng)電池單元再次充電時(shí)，鋁離子返回到負(fù)極，并且每個(gè)離子可以與3個(gè)電子進(jìn)行交換，以替代鋰離子。

研究人員為新款鋁離子電池選用了含量較低的異金屬（exotic metals）。GMG總經(jīng)理Craig Nicol對(duì)此解釋到，電池中所采用的氯化鋁基本上采用了鋁箔紙的結(jié)構(gòu)型式，并且所采用的離子液為尿素，該款鋁離子電池的充電速率僅僅受電池充電器和基礎(chǔ)設(shè)施限制。                     

機(jī)遇

Nicol提到，GMG產(chǎn)品首席科學(xué)家Ashok Nanjundan博士已參與到昆士蘭大學(xué)的早期研發(fā)項(xiàng)目中。在研究過程中，如果直接進(jìn)行鉆孔，鋁原子會(huì)陷入石墨烯中，密度會(huì)變得更大。目前，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出了1種可在石墨烯中高效制孔的方法。

重大突破——石墨烯制造集團(tuán)推出鋁離子電池技術(shù)2
 
目前，相關(guān)試驗(yàn)可充分支持Nicol的觀點(diǎn)，《advanced Functional  Materials》期刊的評(píng)審認(rèn)為，新款鋁離子電池單元提供了出色的高倍率性能（電池容量為149 mA·h），且其性能優(yōu)于所有早期的鋁離子電池負(fù)極材料。表面打孔的3層石墨烯（SPG3-400）具有寬廣的層間距，以及大量的面內(nèi)中孔隙（約為2.3 nm），從而充分證明了該款鋁離子電池具有優(yōu)秀的電化學(xué)性能。不均如此，這種SPG3-400材料還具有較高的可逆容量（197 mA·h）。                     

提前計(jì)劃
 
GMG并不是唯一從事鋁離子電池開發(fā)工作的組織。目前，GMG的合作伙伴主要包括中國(guó)的大連理工大學(xué)和美國(guó)的內(nèi)布拉斯加大學(xué)（University of Nebraska）。除此之外，康奈爾大學(xué)（Cornell University）、克萊姆森大學(xué)（Clemson University）、馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）、斯坦福大學(xué)、浙江大學(xué)高分子科學(xué)學(xué)院和歐洲工業(yè)聯(lián)營(yíng)企業(yè)ALION公司也逐步加入到研發(fā)進(jìn)程中來。

GMG的石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)使其旗下的電池產(chǎn)品保有最佳的能量密度。目前，斯坦福大學(xué)的研究人員通過采用天然石墨烯鋁離子技術(shù)，可以使電池的能量密度達(dá)到68.7 Wh/kg，容量密度達(dá)到 41.2 W/kg，石墨烯泡沫（graphite foam）可將電池的功率密度提升到3 000 W/kg。                     

熱管理
 
到目前為止，GMG尚未遇到電池溫度等相關(guān)限制性問題。據(jù)Nicol所言，全新的電池單元技術(shù)可以對(duì)鋰離子殼體內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化，從而防止車輛潛在問題的發(fā)生。

Nicol解釋到，GMG的產(chǎn)品將具有與鋰離子電池單元相似的形狀和電壓，并且可以變換到任何所需要的形狀。該款鋁離子電池基本上可被視作為1個(gè)超級(jí)電容，并且不受最大理論電流強(qiáng)度的限制。

重大突破——石墨烯制造集團(tuán)推出鋁離子電池技術(shù)3


作者：MICHAEL TAYLOR 
整理：王少輝 
編輯：伍賽特

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